[水泥周]馬保國(guó)：水泥工業(yè)電袋復(fù)合除塵技術(shù)

河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理馬保國(guó)

　　在中國(guó)水泥網(wǎng)主辦的“2010國(guó)際水泥周”系列會(huì)議之“中國(guó)水泥除塵技術(shù)高峰論壇”今天舉行。河南中材環(huán)保有限公司總經(jīng)理馬保國(guó)作精彩報(bào)告。以下為報(bào)告全文：

　　引言：現(xiàn)在我國(guó)新型干法水泥生產(chǎn)線的比重正在快速增長(zhǎng)，單機(jī)產(chǎn)量也越來越大，而國(guó)家環(huán)保要求也越來越嚴(yán)，除塵技術(shù)如何適應(yīng)這種發(fā)展已成為大家關(guān)注的重點(diǎn)。目前應(yīng)用于水泥工業(yè)的除塵設(shè)備主要還是電除塵器和袋除塵器，新世紀(jì)以來，這兩種除塵器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展和成熟，只要正確的選擇和應(yīng)用，都能達(dá)到和超過《水泥工業(yè)大氣污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB4915-2004）中的要求。然而，電、袋除塵都存著固有的缺陷和不足，電袋復(fù)合除塵技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用成為水泥工業(yè)除塵技術(shù)新的方向。

　　電袋復(fù)合除塵技術(shù)是除塵技術(shù)發(fā)展的重大突破。電袋復(fù)合除塵器有機(jī)結(jié)合了靜電除塵和過濾除塵兩種原理，充分應(yīng)用兩種除塵技術(shù)的各自優(yōu)勢(shì)，形成了電袋復(fù)合除塵機(jī)理。該技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外除塵行業(yè)研究開發(fā)的熱點(diǎn)技術(shù)。

　　1 電袋復(fù)合除塵器的基本概念

　　電袋復(fù)合除塵器

　　定義：在一個(gè)箱體內(nèi)安裝電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)，將靜電和過濾兩種除塵技術(shù)復(fù)合在一起的除塵器。

　　結(jié)構(gòu)：電袋復(fù)合除塵器為一箱式結(jié)構(gòu)，戶外式。箱體內(nèi)安裝電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)。電場(chǎng)區(qū)和濾袋區(qū)可有多種配置形式，目前普遍采用前級(jí)電場(chǎng)區(qū)后級(jí)濾袋區(qū)的組合形式。除塵器配有高壓供電電源、電氣控制裝置和清灰裝置。

　　電袋復(fù)合除塵器分為：電袋組合除塵器、電袋一體化除塵器、電改袋。

　　2 水泥窯尾煙氣的特性

　　水泥窯運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下，窯尾煙氣溫度在350℃左右；窯況異常時(shí)，煙氣溫度會(huì)更高。窯尾煙氣中粉塵濃度高，折合成標(biāo)況時(shí)一般在80-200g/Nm3，且粉塵中含有大量高溫分解成分，細(xì)粉多，20-30μm以下的顆粒占50%以上。此外，由于冷卻方式的不同，如采用增濕塔、對(duì)原料進(jìn)行烘干、摻冷風(fēng)和余熱發(fā)電等，冷卻后的煙氣水分含量會(huì)有很大的不同，煙氣露點(diǎn)溫度也因冷卻方式不同而變化。

　　3 電除塵器和袋式除塵器主要特點(diǎn)分析

　　3.1  電除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)

　?。?）本體壓力損失小，一般〈200Pa，最大 350Pa；
　?。?）單機(jī)處理煙氣量大；
　?。?）耐高溫，可在400℃高溫下運(yùn)行（特殊設(shè)計(jì)）；
　?。?）主要部件使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)費(fèi)用低。

　　3.2 電除塵器的主要缺點(diǎn)

　　除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學(xué)特性影響大，因而對(duì)工藝操作要求較高，對(duì)于高比電阻粉塵、微細(xì)和超微細(xì)粉塵等除塵效果不理想，甚至不能使用。

　　任何物質(zhì)都有荷電的特性，因此從理論上講采用電除塵器是可以達(dá)到零排放，但就我們目前的常用電除塵器來說，因?yàn)槭軣煔夂头蹓m特性的限制，在工程實(shí)際中追求零排放是不經(jīng)濟(jì)的，也是很難做到的。同時(shí)，由于常規(guī)振打清灰機(jī)制的限制，電除塵器的二次揚(yáng)塵往往是不可避免的，而且隨著設(shè)備的大型化，二次揚(yáng)塵的狀況將更加突出，因此提高電除塵效率的著眼點(diǎn)之一就是減少二次揚(yáng)塵，才能提高除塵效率。而就目前常用的電除塵器來說，除了改進(jìn)高壓電源性能、改進(jìn)電場(chǎng)氣流分布和改進(jìn)振打制度和方式外，唯一的辦法是增加電場(chǎng)數(shù)，這樣電耗將會(huì)成倍增加，這顯然不符合我國(guó)當(dāng)前節(jié)能減排方針政策的要求。

　　另一方面所有電除塵器捕集細(xì)微粒子的能力很低，對(duì)于小于10微米（PM10）的塵粒，其捕集率只有60%，而對(duì)于PM2.5的微塵，其捕集率則更低。所以目前電除塵器市場(chǎng)大有被袋式除塵器所替代的趨勢(shì)。

　　3.3  袋式除塵器的主要優(yōu)點(diǎn)

　　（1）除塵效率受煙氣和粉塵的物理化學(xué)特性影響小，對(duì)工況變化的適應(yīng)能力強(qiáng)；
　　（2）能捕捉超微細(xì)（≤0.1μm）粉塵，除塵效率高，為    今后國(guó)家進(jìn)一步提高排放標(biāo)準(zhǔn)留有余地；
　?。?）操作維護(hù)簡(jiǎn)單。

　　3.4   袋式除塵器的主要缺點(diǎn)

　?。?）本體壓力損失大，一般情況下1000—2000Pa；
　?。?）受濾料的耐溫限制，不能處理很高的煙氣溫度，一般不超過260℃；
　　（3）維護(hù)費(fèi)用高，袋式除塵器的濾袋壽命一般2—3年，若每3年更換一套濾袋，對(duì)大型袋式除塵器來說其費(fèi)用高達(dá)數(shù)百萬元，這是一筆不小的費(fèi)用。

　　袋式除塵器作為除塵設(shè)備，則具有除塵效率高，能捕集微米級(jí)粉塵顆粒，因而它與電除塵器都被稱為高效除塵器。與電除塵器相比，其除塵效率不受粉塵成份的影響，且受粉塵濃度和煙氣量變化的影響也較小，因而非常適合捕集比電阻高、粉塵粒徑細(xì)、煙氣量和粉塵濃度經(jīng)常變化的煙塵。

　　但由于受過濾材料的品質(zhì)、耐溫和抗腐蝕性影響，在處理高溫、高粘性、高濕度和有腐蝕性煙氣的粉塵時(shí)比較困難，有時(shí)將達(dá)到無法使用的程度。而且其濾材的原材料技術(shù)大多被國(guó)外公司所控制，導(dǎo)致濾料的成本投入較大、對(duì)廢舊濾袋的處理較為困難，處理不當(dāng)將引起嚴(yán)重的二次污染，同時(shí)設(shè)備的運(yùn)行阻力高也是一個(gè)重要缺陷，從而間接地增加了電耗。從目前單純電改袋的實(shí)施情況來看，多數(shù)場(chǎng)合都要加大風(fēng)機(jī)的功率，這不符合當(dāng)前國(guó)家提出的節(jié)能減排的總方針。

　　4  電袋復(fù)合除塵技術(shù)的提出

　　從克服當(dāng)前電除塵器和袋式除塵器的缺陷出發(fā)，電袋復(fù)合技術(shù)將應(yīng)運(yùn)而生。電袋復(fù)合技術(shù)是建立在電除塵技術(shù)和袋式除塵技術(shù)各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，該技術(shù)的出發(fā)點(diǎn)是充分利用物質(zhì)的荷電性和同性相斥、異性相吸的固有特性，而產(chǎn)生的細(xì)微粒子電凝聚和電排斥現(xiàn)象，導(dǎo)致在濾料表面堆結(jié)的粉塵比較松散，從而使濾料阻力降低。同時(shí)由于經(jīng)過前級(jí)電除塵器的捕集作用，使其煙氣中的含塵濃度大幅度降低，因此對(duì)后面的袋式除塵部分來講在適當(dāng)選取較高的過濾風(fēng)速的情況下，也能夠?qū)崿F(xiàn)降低阻力，達(dá)標(biāo)排放的目的。

　　電袋復(fù)合除塵器，是一種有機(jī)集成靜電除塵和過濾除塵兩種除塵機(jī)理的新型節(jié)能高效除塵器。電袋復(fù)合除塵器采用高頻高壓電源供電、整體式布局，電、袋區(qū)過渡結(jié)構(gòu)等多項(xiàng)特色技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、清灰周期長(zhǎng)，濾袋使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，維護(hù)費(fèi)用低等節(jié)能和高可靠性特點(diǎn)。

　　4.1  電袋復(fù)合除塵工作原理

　　在電除塵器和袋式除塵器工作原理基礎(chǔ)上，有機(jī)結(jié)合兩者除塵優(yōu)點(diǎn)：前級(jí)電場(chǎng)預(yù)收煙氣中70～80%以上的粉塵量；后級(jí)袋式除塵裝置攔截收集煙氣中剩余量的粉塵。其中，前級(jí)電場(chǎng)的除塵作用和荷電作用為提高電袋復(fù)合除塵器的性能起到了重要作用。

　　電場(chǎng)除塵作用1：
　　降低濾袋的粉塵負(fù)荷量即降低了阻力上升率。

　　電場(chǎng)預(yù)除塵作用2：
　　延長(zhǎng)濾袋的清灰周期、節(jié)省清灰能耗、延長(zhǎng)濾袋使用壽命。

　　電場(chǎng)荷電作用1：
　　改善濾袋表面的粉層結(jié)構(gòu)：煙氣粉塵通過前級(jí)電場(chǎng)電暈荷電后，荷電粉塵在濾袋上沉積的顆粒之間排列規(guī)則有序，同極電荷相互排斥使形成的粉塵層孔隙率高、透氣性好，易于剝落。

　　電場(chǎng)荷電作用2：
　　可降低濾袋阻力 P ：
　　濾袋阻力 P = 粉塵層①阻力P1 + 表面處理層②阻力P2 + 濾袋結(jié)構(gòu)層③阻力P3。

　　電場(chǎng)除塵作用3：
　　避免煙氣粉塵中粗顆粒磨損濾袋      煙氣粉塵中的粗大顆粒經(jīng)過前級(jí)電場(chǎng)沉降和除塵后，進(jìn)入后級(jí)袋式除塵的粉塵顆粒小，對(duì)濾袋的磨損影響小。當(dāng)煙氣中含有粗顆粒粉塵時(shí)(如循環(huán)流化床鍋爐煙氣)，使用電袋復(fù)合除塵器可以有效避免濾袋的不正常磨損損壞。

　　4.2  電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能特點(diǎn)

　?。? ）適用高比阻粉塵收集，除塵效率具有高效性和穩(wěn)定性。     電袋復(fù)合除塵器的效率不受高比電阻細(xì)微粉塵影響，排放濃度容易實(shí)現(xiàn)在50mg/Nm3以下，且長(zhǎng)期穩(wěn)定。
　?。?）運(yùn)行阻力比純袋式除塵器低500Pa，可以減少引風(fēng)機(jī)功率消耗。      運(yùn)行阻力比純袋式除塵器低500Pa，每10000m³/h風(fēng)量引風(fēng)機(jī)功率可減少1.74kW。
　　（3）清灰周期長(zhǎng)、氣源能耗小。 由于濾袋收集的粉塵量少，阻力上升緩慢，其清灰周期時(shí)間是純袋式除塵器的2倍以上，壓縮空氣消耗量不到純袋式除塵器的1/3。
　?。?）延長(zhǎng)濾袋使用壽命運(yùn)行阻力低、濾袋的負(fù)荷低延長(zhǎng)了濾袋使用壽命。清灰周期長(zhǎng)、清灰次數(shù)少延長(zhǎng)了濾袋使用壽命。在相同運(yùn)行條件下電袋的使用壽命比純袋式除塵器的壽命延長(zhǎng)2～3年。
　?。?）運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，適量提高過濾風(fēng)速可減少濾袋、閥件等數(shù)量以降低設(shè)備成本及費(fèi)用，運(yùn)行能耗低和濾袋使用壽命長(zhǎng)降低了運(yùn)行及維護(hù)成本。

　　4.3   電袋復(fù)合除塵器技術(shù)性能指

　　出口排放濃度：≤50mg/Nm³。
　　濾袋前后壓差：≤600Pa。
　　除塵器進(jìn)出口阻力：≤1000Pa。
　　濾袋使用壽命比常規(guī)袋式除塵延長(zhǎng)2～3年。

　　4.4  電袋復(fù)合除塵器使用場(chǎng)合

　　電除塵難以高效收集的高比電阻、特殊煤種等煙塵的凈化處理。要求≤50mg/Nm3排放的工業(yè)煙氣凈化。尤其適合舊電除塵器的增效改造。

　　綜上所述，電袋復(fù)合除塵器著重解決了當(dāng)前除塵器常見的三大難題：
　　——電除塵器的超標(biāo)排放的難題。
　　——袋式除塵器的運(yùn)行阻力大的難題。
　　——袋式除塵器濾袋使用壽命短的難題。

　　5 水泥工業(yè)電袋復(fù)合技術(shù)的應(yīng)用案例

　　5.1  工程案例參數(shù)

　　5.2   應(yīng)用效果

　　電袋復(fù)合除塵器第一部分為電除塵器的一個(gè)電場(chǎng)，粉塵氣體經(jīng)過電場(chǎng)后，煙氣中的絕大部分粉塵被收集下來，有效降低袋式除塵器的負(fù)荷，可大大延長(zhǎng)袋式除塵器的清灰周期，實(shí)測(cè)可以延長(zhǎng)至3倍以上，從而延長(zhǎng)濾袋和脈沖閥的使用壽命。電袋復(fù)合除塵器將電除塵器與袋式除塵器的除塵機(jī)理溶為一體，將電、袋式除塵器的優(yōu)勢(shì)互相補(bǔ)充。

　　通過電除塵器的作用，可有效收集大顆粒粉塵，粉塵比電阻不再是決定排放的主要因素；對(duì)于袋式除塵器而言，可以實(shí)現(xiàn)高過濾風(fēng)速下的高收塵效率，PM10和PM2.5的微細(xì)粉塵也能得到高效的收集，可輕松達(dá)到國(guó)家要求的50mg/Nm³排放標(biāo)準(zhǔn)，甚至達(dá)到10mg/Nm³以下。

　　5.3  運(yùn)行阻力和清灰周期

　　——結(jié)構(gòu)阻力：進(jìn)出口均采取直通式設(shè)計(jì)，在線清灰，設(shè)備結(jié)構(gòu)阻力小。
　　——粉塵荷電后，由于同性排斥，濾袋上的粉塵將呈有序排列，使粉塵層疏松，更易清灰；粉塵荷電還強(qiáng)化粉塵在煙氣中的氣溶膠效應(yīng)，使粉塵濃度分布均勻，可以明顯的降低濾袋的阻力，實(shí)測(cè)小于1000Pa。清灰周期延長(zhǎng)到了50分鐘以上，大大低于純袋式除塵器20～25分鐘的清灰周期。設(shè)備在低阻力下穩(wěn)定運(yùn)行，可以減少因阻力波動(dòng)對(duì)窯系統(tǒng)的影響。

　　6 結(jié)論

　　電袋復(fù)合除塵技術(shù)在水泥工業(yè)得到成功的應(yīng)用，取得良好的效果。電袋復(fù)合技術(shù)充分發(fā)揮了電除塵器和袋式除塵器各自的優(yōu)勢(shì)，做到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，為除塵器實(shí)現(xiàn)低阻、高效、長(zhǎng)壽命開辟了新的實(shí)現(xiàn)途徑，值得深入的研究，大力的推廣應(yīng)用。